在 C++ 編程中，std::vector 是標準模板庫（STL）中非常重要的容器之一。

它提供了一個動態(tài)數(shù)組的功能，能夠根據(jù)需要自動調(diào)整大小，同時具備高效的內(nèi)存管理和豐富的操作接口。

一、什么是 std::vector？

std::vector 是 C++ STL 中的一種序列容器，它類似于傳統(tǒng)的數(shù)組，但具有動態(tài)擴展和收縮的能力。

與普通數(shù)組相比，std::vector 的大小可以在運行時動態(tài)變化，而普通數(shù)組的大小在定義時就已經(jīng)確定，無法改變。

std::vector 的底層實現(xiàn)是一個連續(xù)的內(nèi)存塊，這使得它在隨機訪問元素時非常高效，類似于數(shù)組的訪問速度。

二、std::vector 的基本特性

（一）動態(tài)擴展

std::vector 的最大特點是動態(tài)擴展。當向 std::vector 中添加元素，而當前分配的內(nèi)存空間不足以容納更多元素時，std::vector 會自動分配更大的內(nèi)存空間，并將原有元素復制到新的內(nèi)存中。

這個過程雖然涉及到內(nèi)存分配和數(shù)據(jù)復制，但 std::vector 會盡量優(yōu)化，通常會分配比當前需要更多的空間，以減少后續(xù)的擴展次數(shù)。

（二）隨機訪問

由于 std::vector 的底層是連續(xù)的內(nèi)存塊，因此它支持隨機訪問。

可以通過下標（operator[] 或 at()）快速訪問任意位置的元素，時間復雜度為 O(1)。

這使得 std::vector 在需要頻繁隨機訪問元素的場景中非常高效。

（三）內(nèi)存管理

std::vector 會自動管理內(nèi)存。當向 std::vector 中添加或刪除元素時，它會自動調(diào)整內(nèi)存的分配和釋放。

此外，std::vector 提供了一些方法來控制內(nèi)存的分配策略，例如 reserve() 方法可以預先分配足夠的內(nèi)存，從而減少動態(tài)擴展的次數(shù)，提高性能。

三、std::vector 的基本操作

（一）定義和初始化

std::vector 可以通過多種方式定義和初始化。

以下是一些常見的定義方式：

#include <vector>

// 定義一個空的 vector
std::vector<int> vec1;

// 使用初始化列表初始化
std::vector<int> vec2 = {1, 2, 3, 4, 5};

// 使用默認值初始化
std::vector<int> vec3(10, 0); // 10個元素，初始值為0

// 復制構(gòu)造
std::vector<int> vec4(vec2);

// 從另一個 vector 的一部分構(gòu)造
std::vector<int> vec5(vec2.begin() + 1, vec2.end() - 1);

（二）添加和刪除元素

std::vector 提供了多種方法來添加和刪除元素：

添加元素

• push_back()：在 std::vector 的末尾添加一個元素。
• insert()：在指定位置插入一個或多個元素。

vec1.push_back(10); // 在末尾添加一個元素
vec1.insert(vec1.begin() + 2, 20); // 在索引為2的位置插入一個元素

刪除元素

• pop_back()：刪除 std::vector 的最后一個元素。
• erase()：刪除指定位置的一個或多個元素。

vec1.pop_back(); // 刪除最后一個元素
vec1.erase(vec1.begin() + 1); // 刪除索引為1的元素

（三）訪問元素

std::vector 提供了多種方式來訪問元素：

• operator[]：通過下標訪問元素，不進行邊界檢查。
• at()：通過下標訪問元素，并進行邊界檢查，如果超出范圍會拋出異常。

int value1 = vec1[0]; // 使用下標訪問
int value2 = vec1.at(1); // 使用 at() 訪問

（四）遍歷

可以使用迭代器或基于范圍的 for 循環(huán)來遍歷 std::vector：

// 使用迭代器遍歷
for (std::vector<int>::iterator it = vec1.begin(); it != vec1.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

// 使用基于范圍的 for 循環(huán)
for (int value : vec1) {
    std::cout << value << " ";
}

（五）大小和容量

std::vector 提供了一些方法來獲取其大小和容量：

• size()：返回當前 std::vector 中的元素數(shù)量。
• capacity()：返回當前分配的內(nèi)存容量（以元素數(shù)量為單位）。
• empty()：判斷 std::vector 是否為空。
• resize()：調(diào)整 std::vector 的大小。
• reserve()：預先分配內(nèi)存，以減少動態(tài)擴展的次數(shù)。

std::cout << "Size: " << vec1.size() << std::endl;
std::cout << "Capacity: " << vec1.capacity() << std::endl;
if (vec1.empty()) {
    std::cout << "Vector is empty" << std::endl;
}
vec1.resize(15, 0); // 調(diào)整大小為15，新元素初始化為0
vec1.reserve(20); // 預先分配20個元素的內(nèi)存

四、std::vector 的應(yīng)用場景

（一）動態(tài)數(shù)組

std::vector 是實現(xiàn)動態(tài)數(shù)組的首選容器。它可以在運行時動態(tài)調(diào)整大小，非常適合需要頻繁添加或刪除元素的場景。

例如，在處理動態(tài)數(shù)據(jù)集合時，std::vector 可以方便地存儲和管理數(shù)據(jù)。

（二）隨機訪問

由于 std::vector 支持隨機訪問，因此在需要頻繁通過下標訪問元素的場景中非常高效。

例如，在實現(xiàn)算法時，經(jīng)常需要通過下標訪問數(shù)組中的元素，std::vector 可以很好地滿足這一需求。

（三）內(nèi)存管理

std::vector 提供了靈活的內(nèi)存管理功能。

通過 reserve() 方法可以預先分配足夠的內(nèi)存，從而減少動態(tài)擴展的次數(shù)，提高性能。

這在處理大量數(shù)據(jù)時非常有用，可以避免頻繁的內(nèi)存分配和數(shù)據(jù)復制。

五、注意事項

（一）性能優(yōu)化

雖然 std::vector 會自動管理內(nèi)存，但在某些情況下，手動控制內(nèi)存分配可以提高性能。

例如，在知道數(shù)據(jù)量的情況下，可以使用 reserve() 方法預先分配足夠的內(nèi)存，避免多次動態(tài)擴展。

（二）內(nèi)存釋放

當不再需要 std::vector 時，它會自動釋放分配的內(nèi)存。但如果在程序運行過程中需要釋放內(nèi)存，可以使用 clear() 方法清空 std::vector，但需要注意的是，clear() 只會清空元素，不會釋放內(nèi)存。如果需要釋放內(nèi)存，可以使用 shrink_to_fit() 方法。

（三）異常安全

std::vector 的某些操作可能會拋出異常，例如 at() 方法在訪問超出范圍的元素時會拋出 std::out_of_range 異常。在使用這些方法時，需要注意異常處理。

總結(jié)

std::vector 是 C++ STL 中非常重要的容器之一，它結(jié)合了動態(tài)數(shù)組的靈活性和數(shù)組的高效性。

通過動態(tài)擴展、隨機訪問和靈活的內(nèi)存管理，std::vector 可以滿足多種編程需求。在實際開發(fā)中，合理使用 std::vector 可以提高代碼的可讀性和性能。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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